隨著自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)以及材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，基于自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的STT-MRAM器件應(yīng)運(yùn)而生。自從自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)被證實(shí)以來(lái)，一方面研究人員通過(guò)大量的努力嘗試降低磁化反轉(zhuǎn)的臨界電流，增加熱穩(wěn)定性；另一方面Sony、Hitachi、Renesas、Crocus、Toshiba、Samsung、Hynix、IBM等多家公司也在積極研發(fā)STT-MRAM。

 

早期的磁隧道結(jié)采用面內(nèi)磁各向異性（In-Plane Magnetic Anisotropy）。它存在如下兩個(gè)弊端：

 

1）隨著工藝減小，熱穩(wěn)定性惡化。采用面內(nèi)磁各向異性磁隧道結(jié)的存儲(chǔ)壽命取決于熱穩(wěn)定性勢(shì)壘和磁各向異性場(chǎng)，面內(nèi)磁各向異性的來(lái)源是薄膜平面較大的長(zhǎng)寬比。

 

隨著工藝尺寸的微縮（＜50nm），這種薄膜的邊際效應(yīng)加劇，會(huì)產(chǎn)生顯著的磁渦旋態(tài)，難以保持較高的熱穩(wěn)定性勢(shì)壘，甚至穩(wěn)定的磁化也無(wú)法存在，這將限制MRAM的存儲(chǔ)密度；

 

其次面內(nèi)磁各向異性的磁隧道結(jié)降低了自旋轉(zhuǎn)移矩的翻轉(zhuǎn)效率

 

因此，對(duì)于相同的熱穩(wěn)定性勢(shì)壘，垂直磁各向異性能夠使磁隧道結(jié)的臨界翻轉(zhuǎn)電流比面內(nèi)磁各向異性的更低，相應(yīng)地，自旋轉(zhuǎn)移矩的翻轉(zhuǎn)效率更高。鑒于上述優(yōu)勢(shì)，研究人員也一直致力于采用垂直磁各向異性的磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)建高密度、低功耗的pSTT-MRAM。

 

 

圖1（a）垂直磁各向異性的磁隧道結(jié)；（b）沿面內(nèi)和垂直方向的磁化曲線，證明易磁化軸沿垂直方向。

 

目前最新的低功耗、大容量的MRAM器件均采用垂直磁各向異性磁隧道結(jié)，比如Everspin已推出的256Mb STT-MRAM商用產(chǎn)品以及展示的1Gb演示器件采用的就是垂直磁各向異性磁隧道結(jié)。

下列是部分everspin  STT-MRMA

Density	Org.	Part Number	Voltage	Speed	Temp Rating	Package	Pack/Ship
1Gb	128Mb x8	EMD4E001G08G1-150CAS1	--	667MHz	Commercial	78-BGA	Tray
1Gb	128Mb x8	EMD4E001G08G1-150CAS1	--	667MHz	Commercial	78-BGA	Tape & Reel
1Gb	64Mb x16	EMD4E001G16G2-150CAS1	--	667MHz	Commercial	96-BGA	Tray
1Gb	64Mb x16	EMD4E001G16G2-150CAS1R	--	667MHz	Commercial	96-BGA	Tape & Reel
256Mb	16Mb x 16	EMD3D256M16G2-150CBS1T	1.5v +/- 0.075v	1333	0-85	BGA	Tray
256Mb	16Mb x 16	EMD3D256M16G2-150CBS1R	1.5v +/- 0.075v	1333	0-85	BGA	Tape and Reel
256Mb	16Mb x 16	EMD3D256M16G2-150CBS2T	1.5v +/- 0.075v	1333	0-85	BGA	Tray
256Mb	32Mb x 8	EMD3D256M08G1-187CBS2T	1.5v +/- 0.075v	1066	0-85	BGA	Tray

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本文關(guān)鍵詞：everspin STT-MRAM

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